DE3115079A1 - Schaltungsanordnung zur erzeugung von hochkonstanten gleichspannungen mittels eines spannungswandlers - Google Patents

Description

Schaltungsanordnung zur Erzeugung von hochkonstanten Gleichspannungen mittels eines Spannungswandlers

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von im Größenordnungsbereich von 1 kV einstellbaren, hochkonstanten Gleichspannungen aus einer niederen Betriebsgleichspannung mittels eines Spannungswandlers .

Zur Konstanthaltung von Gleichspannungen sind sogenannte elektronische Stabilisatoren bekannt, mit denen ein Teil der konstantzuhaltenden Spannung mit einer Referenzspannung verglichen, eine eventuelle Differenz über einen Regelverstärker verstärkt und vom Ausgang des Regelverstärkers ein einstellbarer Längswiderstand in der Ausgangsspannungsleitung verstellt wird. Der Längswiderstand ist gewöhnlich eine Elektronenröhre oder ein Transistor. Soll aus einem solchen stabilisierten Spannungserzeuger eine einstellbare Spannung lieferbar sein, so kann die Referenzspannungsquelle einstellbar gemacht werden. Wird ein großer Einstellungsbereich für die Ausgangsspannung gefordert, so wird schließlich die im Längswiderstand anfallende Verlustleistung so groß, daß handelsübliche Transistoren für diesen Zweck nicht mehr zur Verfügung stehen.

Eine andere denkbare Methode besteht darin, den regelbaren Längstransistor in die Niederspannungszuleitung des Spannungswandlers zu legen. Eine Überlastung tritt dann nicht mehr auf. Dafür wird die Regelgeschwindigkeit hauptsächlich wegen den im Spannungswandler enthaltenen induktiven Elementen so herabgesetzt, daß plötzliche Änderungen der konstantzuhaltenden Ausgangsspannung nicht mehr befriedigend ausgeregelt werden können.

Li 4 Bz / 10.04.1981

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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine verhältnismäßig hohe und in einem weiten Bereich einstellbare Ausgangsspannung hochkonstant mit großer Regelgeschwindigkeit zu stabilisieren, unter Benutzung ausschließlich handelsüblicher Halbleiterbauelemente.

Diese Aufgabe wird bei einer eingangs genannten Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die neue Schaltungsanordnung leistet zweierlei. Erstens regelt sie durch Belastungsänderungen oder Änderungen der Eingangsspannung auftretende Ausgangsspannungsänderungen mit Hilfe des direkt in der Ausgangsspannungsleitung liegenden Längstransistors ausreichend schnell aus. Zweitens verhindert der Durchgriff der Referenzspannung des zweiten Stabilisators, die zugleich der Einstellung der Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung dient, auf den ersten Stabilisator über die Addierstufe, daß der Längstransistor des zweiten Stabilisators überlastet werden kann, denn mit der Einstellung der Referenzspannung des zweiten Stabilisators wird auch die Eingangsspannung am Längstransistor des zweiten Stabilisators über den ersten Stabilisator entsprechend so eingestellt, daß die Emitter-Kollektor-Spannung des Längstransistors für alle einstellbaren Spannungen in erster Näherung gleich bleibt.

Zweckmäßig wird eine Grundreferenzspannung für den Regelverstärker des ersten Stabilisators auf einen Wert eingestellt, der für die niedrigste Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung eine Emitter-Kollektor-Spannung für den zweiten Längstransistor gewährleistet, die einen Arbeitspunkt des zweiten Stabilisators im linearen Bereich seiner Arbeitskennlinie sicherstellt.

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Mit Vorteil wird für die Addierstufe ein Operationsverstärker verwendet. Zweckmäßig wird die Referenzspannung für den zweiten Regelverstärker aus einem Präzisions-Sollwertgeber bezogen, der ein hochgenauer Digital-Analog-Konverter ist.

Anhand einer Figur, die ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt, wird diese näher erläutert.

Zwei an der linken Seite der Figur erkennbaren Klemmen 1 und 2 wird eine unstabilisierte Eingangsbetriebsgleichspannung zugeführt. An zwei an der rechten Seite der Figur mit 5 und 6 bezeichneten Klemmen kann eine hochkonstante, einstellbare Ausgangsspannung entnommen werden. Die Klemmen 2 und 6 sind durch eine Masseschiene miteinander verbunden. Ein erster Stabilisator besteht aus dem Längstransistor LT1, einem Regelverstärker V1, einer Addierstufe Op und einer ersten Referenzspannungsquelle Ref1. Ein Istwerteingang des Regelverstärkers V1 ist mit dem Abgriff eines Spannungsteilers aus Widerständen R1 und R2 verbunden. Der Spannungsteiler liegt zwischen Punkten 3 und 4 der Schaltung. Der erste Längstransistor LT1 liegt auf der Niederspannungsseite eines Spannungswandlers VT, der die vom Längstransistor LT1 geregelte niedere Eingangsgleichspannung in eine hochkonstante Wechselspannung umformt. Die Wechselspannung wird in einem Gleichrichter- und Siebteil GLS gleichgerichtet und von Oberwellen gereinigt. Vom Punkt 3 am Ausgang des Gleichrichter- und Siebteils GLS ist zum Punkt k auf der Masseschiene der schon genannte Spannungsteiler aus den Widerständen R1 und R2 gelegt. Zwischen dem Punkt 3 am Ausgang des Gleichrichter- und Siebteils GLS und der Ausgangsklemme 5 liegt mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke ein Längstransistor LT2, der Bestandteil eines zweiten Stabilisators ist, der noch eine Referenzspannungsquelle Ref2, einen Regelverstärker V2, einen Trei-

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bertransistor Tr und einen Spannungsteiler R4, R5 umfaßt. Der Treibertransistor Tr ist mit einem Arbeitswiderstand R3 ebenfalls an den Punkt 3 am Ausgang des Gleichrichter- und Siebteils GLS angeschlossen. Ein durch ihn verstärktes Signal steuert den Innenwiderstand des Längstransistors LT2 über eine Verbindung vom Fußpunkt des Arbeitspunktes R3 zur Steuerelektrode des Längstransistors LT2. Am Eingang des Regelverstärkers V2 liegt die Differenz aus der abgegriffenen Teilspannung und der Referenzspannung aus der Referenzspannungsquelle Ref2, da der positive Pol dieser Spannungsquelle an die die Klemmen 2 und 6 verbindende Masseschiene gelegt ist. Die Referenzspannung aus der Referenzspannungsquelle Ref2 liegt über den Abgriff eines aus Widerständen R6 und R7 bestehenden Spannungsteilers an einem Eingang der Addierstufe Op, die aus einem Operationsverstärker besteht. Sie bestimmt deshalb zusätzlich die Sollspannung am Sollspannungseingang des Regelverstärkers V1.

Der folgende Abschnitt bringt Hinweise zur Wirkung der Schaltungsanordnung. Die Referenzspannung aus der Referenzspannungsquelle Ref2 wird, wie schon vorstehend erwähnt, nicht nur dem schnellen Stabilisator über den Spannungste.ilerwiderstand R5 zugeführt, sondern auch mit dem Quotienten, der Werte der Widerstände von R7 zu R6 als Faktor bewertet, über die Addierstufe Op dem Regelverstärker V1. Als Spannungsquelle Ref2 dient dabei ein Präzisions-Sollwertgeber, z. B. ein hochgenauer Digital-Analog-Konverter. Gleichzeitig wird dem Regelverstärker V1 des ersten Stabilisators über die Addierstufe Op auch die Referenzspannung aus der Referenzspannungsquelle Ref1 zugeführt. Diese Referenzspannung ist eine auf einen Festwert einstellbare Gleichspannung. Sie wird so eingestellt, daß bei verschwindender Ausgangsspannung an den Klemmen 5 und 6 an den Punkten 3 und 4 nur eine so große Spannung erzeugt wird, wie für ein Arbeiten des zweiten Stabilisators in seinem linearen Arbeitsbereich erfor-

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derlich ist. Der Vorteil der Schaltungsanordnung liegt zum einen darin, daß sie die im Längstransistor LT2 umgesetzte Verlustleistung klein hält. Damit wird auch ein unzulässiges Erwärmen der anderen Bauelemente und damit ihr vorzeitiges Altern vermieden. Die Langzeitkonstanz der Schaltungsanordnung ist damit gesichert. Der geringe Energieverbrauch der Schaltungsanordnung macht sie außerordentlich wirtschaftlich. Weil bei gewählten Änderungen der Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung die Kollektor-Emitter-Spannung des Längstransistors LT2 in erster Näherung konstant bleibt, können hochkonstante Ausgangsgleichspannungen erzeugt werden, die sehr viel höher als die zulässige Emitter-Kollektor-Spannung des Längstransistors LT2 sind.

k Patentansprüche
1 Figur

Leerseite

Claims (3)

1. -JO- VPA 81 P 3513 DE

   Patentansprüche

   (iy Schaltungsanordnung zur Erzeugung von im Größenordnungsbereich von 1 kV einstellbaren, hochkonstanten Gleichspannungen aus einer niederen Betriebsgleichspannung mittels eines Spannungswandlers, gekennzeichnet durch die Kettenschaltung zweier - wie an sich bekannt - aus Je einem über einen Regelverstärker (V1, V2) bezüglich des Widerstandes seiner Emitter-Kollektor-Strecke abhängig von der Differenz zwischen einer an einem ausgangsseitigen Spannungsteiler abgegriffenen Ausgangsteilspannung und einer Referenzspannung gesteuerten Längstransistor (LT1, LT2) bestehenden elektronischen Stabilisatoren, wobei der Längstransistor (LT1) des ersten Stabilisators in die Niederspannungszuführung des Spannungswandlers (W) gelegt und die einstellbare Referenzspannung des zweiten Stabilisators über eine Addierstufe (Op) zusätzlich einem Vergleichseingang des Regelverstärkers (V1) des ersten Stabilisators zugeführt ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Grundreferenzspannung für den Regelverstärker (V1) des ersten Stabilisators auf einen Wert eingestellt ist, der für die niedrigste Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung an der Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Längstransistors (LT2) eine den Arbeitspunkt des ersten Stabilisators im linearen Bereich seiner Arbeitskennlinie gewährleistende Spannung einhält.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Addierstufe (Op) ein Operationsverstärker dient.

   A. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch g e -

   BAD ORIGINAL

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   kennzeichnet , daß die Referenzspannung für den zweiten Regelverstärker (V2) einem einen hochgenauen Digital-Analog-Konverter enthaltenden Präzisions-Sollwertgeber entnehmbar ist.